帮你了解热塑性弹性体TPE材料

2020-02-19  来源:工程塑料应用

       一、热塑性弹性体概念

      热塑性弹性体通常简写成TPE,是一种具有橡胶的高弹性,高强度,高回弹性,又具有可注塑加工的特征的材料,又称为人造橡胶或合成橡胶。热塑性弹性体既具有热塑性塑料的加工性能,又具有硫化橡胶的物理性能,可谓是塑料和橡胶优点的优势组合。
 
      二、热塑性弹性体分类
 
      目前,已经工业化生产的热塑性弹性体TPE的种类很多,主要分为以下几种类型:苯乙烯类[苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、氢化SBS(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)(SIS)、氢化SIS(SEPS)]、烯烃类(TPO、TPV)、双烯类(TPB、TPI)、氯乙烯类(TPVC、TCPE)、氨酯类(TPU)、酯类(TPEE)、酰胺类(TPAE)、有机氟类(TPF)、有机硅类和乙烯类等。
 
      1、苯乙烯类热塑性弹性体(别名TPS,SBC,TPE-s),该类型产品有如SEBS、SEPS、正聚(苯乙烯-b-异丁烯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物(SIBS)、聚苯乙烯-b-聚(乙烯/乙烯/丙烯)-b-聚苯乙烯(SEEPS)等,特征分子结构是三嵌段聚合物,硬段是聚苯乙烯,其余是软段(橡胶相)。
 
      2、聚烯烃类热塑性弹性体(TPO,POE),由橡胶和聚烯烃构成,通常橡胶组分为三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)和丁基橡胶;聚烯烃组分主要为聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE),TPO产品中用量最大的是EPDM/PP。动态硫化工艺制备的TPO简称为TPV,如PP/EPDM、PP/NBR、热塑性塑料/硅橡胶等。

      3、聚氨酯类热塑性弹性体(TPU),由与异氰酸酯反应的氨酯硬链段与聚酯或聚醚软链段相互嵌段结合的热塑性聚氨酯橡胶,简称TPU。
 
      4、聚酯醚类热塑性弹性体(TPEE),以聚对苯二甲酸丁二醇(PBT)为硬段,聚醚或聚酯为软段的嵌段共聚物。

      5、聚酰胺类热塑性弹性体(TPAE),如聚酯酰胺、聚醚酯酰胺、聚碳酸酯-酯酰胺、聚醚-b-酰胺等硬段为聚酰胺,软段为聚醚和/或聚酯的分段型嵌段共聚物。

      6、二烯类热塑性弹性体,主要为天然橡胶的同分异构体,被称之为反式天然橡胶(T-NR)。主要品种有T-NR-反式聚异戊二烯橡胶(TPI)和间同1,2-聚丁二烯(TPB)。

      7、有机氟类热塑性弹性体(TPF)

      8、聚氯乙烯类热塑性弹性体,主要分为热塑性PVC(TPVC)热塑性氯化聚乙烯(TPE-C)两类。

      9、丙烯酸酯类热塑性弹性体

      10、硅橡胶热塑性弹性体

      三、热塑性弹性体的弹性和可塑性机理

      SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物,是嵌段共聚物,不是三元共聚物,SBS由活性阴离子聚合而成。SBS有两种,一种是线形嵌段共聚物,另一种是星形嵌段共聚物,其中线形SBS化学结构式如下图,星形SBS结构类似。SBS常温下具有橡胶弹性,加热熔融具有可塑性。
 
      常温下聚苯乙烯段与聚丁二烯段热力学不相容,发生相分离(电镜可以研究这个问题),其中聚丁二烯段柔顺性好,形成连续橡胶段(软段),SBS两端的聚苯乙烯段由于内聚能较高,相互聚集,形成物理交联(硬段)分布在聚丁二烯橡胶连续相中(见下图),所以常温下SBS表现出橡胶弹性。
 
 
      四、TPE材料的优点和缺点

      优点:热塑性弹性体具有环保无毒安全,硬度范围广,有优良的着色性,触感柔软,耐候性,抗疲劳性和耐温性,加工性能优越,无须硫化,加工效率高于橡胶,可以循环使用降低成本,既可以二次注塑成型,与PP,PE,PC,PS,ABS等基体材料包覆粘合,又可以单独成型。
 
      缺点:TPE的耐热性不如橡胶,随着温度上升而物理性下降幅度较大,因而适用范围受到限制。同时,压缩变形、弹回性、耐久性等比橡胶差,价格也高于同类的橡胶。
 
      五、TPE的改性

      茂金属化的TPE、加氢的SBS和SES环氧化TPE等已经产业化外,离聚体TPE,液晶性TPE等也已进入工业化实用阶段,砜化TPE,含三嗪TPE等。
 
      六、TPE的用途

      TPE用途广泛,总体应用于汽车行业、电线电缆行业、医疗器械行业、玩具行业、道路领域、鞋材行业、运动器材行业、消费耐用品、家电行业、异形材料、包装行业、涂料行业和密封领域等应用。
 
       七、目前全球TPE材料发展和市场需求情况

      目前,TPE行业工业发展水平较高,技术和应用也比较成熟。全球热塑性弹性体领域市场已经进入成熟的发展阶段,目前全球TPE材料已经超过400万吨,在未来的几年,TPE材料将保持继续增长,据悉全球TPE年增长率将超过5%达到5.5%。就地区而言,亚洲是TPE增长最快的市场,TPE材料需求占全球需求的一半以上,其中我国是TPE消费大国,将保持增长。就TPE的种类而言,据了解,聚烯烃TPO/POEs和TPV弹性体将成为增长最快的热塑性弹性体材料。

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